摘要目的:<br> 本实验采用多弧离子镀技术及MEVVA离子注入技术在光滑Ti-6Al-4V表面制备TiN/Ag多层复合结构,并在其基础上注入不同剂量的银离子,从而使Ti-6Al-4V获得具有银颗粒负载的微纳米复合结构的新型表面,充分利用银的抗菌性及TiN/Ag纳米多层结构良好的机械力学性能,并对该表面的生物相容性、抑菌性能、及动物体内组织相容性进行全面系统地评价,同时也为新型抗菌种植体的研发、提供新的方法和实验依据。<br> 材料和方法:<br> 1.将光滑钛合金材料在酒精和丙酮中超声交替清洗后备用。首先采用多弧离子镀技术形成TiN/Ag多层结构:Ti(3min)-TiN(5min)-Ag(30s)-TiN(5min)-Ag(30s)-TiN(5min)-Ag(30s)-TiN(5min)-Ag(30s)-TiN(30min),在最外层TiN表面采用MEVVA离子注入技术注入不同剂量的银。采用扫描电镜(SEM)、X射线光电子谱(XPS)、水接触角测量技术、电感耦合等离子体发射光谱(ICP-MS)等技术对材料的理化特性进行全面的检测,并检测改性后的样品的银离子释放。<br> 2.通过细胞脱水-扫描电镜观察法、CCK-8法、细胞/细菌活死染色法、激光共聚焦显微镜观察、涂布平板法、ALP检测、Western-blot等技术对材料表面的细胞(细胞的黏附、增殖、分化等)及细菌(活死,成膜能力)等生物学行为进行观察和检测。<br> 3.行SD大鼠皮下植入各材料模型,通过观察与材料相接触的组织的病理切片及大鼠皮下材料周围各重要脏器的病理切片,来检测材料的体内生物安全性。<br> 4.通过ALP活性检测及Western-blot技术检测早期成骨指标碱性磷酸酶(ALP)在各组材料表面的表达情况,初步探讨不同剂量的银对成骨效果的影响。<br> 结果:<br> 1.通过多弧离子镀即及MEVVA离子注入技术在钛合金表面制备的载银多层结构,扫描电镜下(SEM)可见随着银的剂量的增加,样品表面银颗粒附着增多,TiN/Ag多层结构清晰可见,PBS浸泡三个月检测样品的银离子析出情况,结果表明释放量极低,随着银注入剂量的增加,材料表面的接触角依次减小,表明亲水性增加,更利于细胞粘附与铺展。<br> 2.体外抗菌实验表明不同剂量的载银的多层膜结构在初期有效地防止了细菌粘附,并消除了大部分粘附的细菌。此外,每组载银表面的抗菌活性随时间改善,抗菌率(Ra)与表面离子注入剂量成正相关(antibacterial activity:1x1018ions/cm2>5x1017ions/cm2>1x1017ions/cm2>5x1016ions/cm2),载银组间抑菌率存在统计学差异(P<0.05),载银材料有效抑制了金黄色葡萄球菌和变异链球菌的生长。<br> 3.PBS浸泡三个月后的载银表面的抑菌性与短期抑菌效果无显著差异(p>0.05)。<br> 4.体外细胞实验结果表明各组载银样品表面对MC3T3-E1细胞及L929细胞的早期黏附、增殖及分化均无显著性影响,生物相容性良好,无细胞毒性。<br> 5.不同的载银材料大鼠皮下植入一个月,结果表明:载银样品周围软组织细胞形态无明显变化,取动物主要脏器(心、肝、肾)等组织行HE染色观察细胞形态及病理变化,结果表明:载银样品对动物脏器无细胞毒性。<br> 6.通过早期成骨指标碱性磷酸酶(ALP)来检测各组载银样品的成骨性能,结果表明与空白对照组比较,各组载银多层结构碱性磷酸酶的表达无显著性差异,各组样品并未影响碱性磷酸酶的表达。<br> 结论:<br> 1.通过多弧离子镀技术及MEVVA离子注入技术能够在钛合金表面形成TiN/Ag多层复合结构,并在其表面形成不同剂量不同粒径的微纳米银结构,XPS结果显示材料表面注入的为单质银,TiN/Ag多层结构的银作为长效抗菌的“银”储备。<br> 2.随着银离子注入剂量的增加,材料表面接触角依次减小,亲水性增加。ICP-MS结果显示各组样品PBS浸泡三个月的银离子析出总量在安全值范围内(50ppb)。<br> 3.随着银离子注入剂量的增加,各组样品的抑菌效果依次增加,且长效抑菌性(3个月)与短期抑菌结果无统计学差异(P>0.05),表现出较好的抑菌效果.<br> 4.体内及体外实验结果表明随着银离子注入剂量的增加,各组样品都表现出较好的生物相容性,无细胞毒性,银的定植并未对动物脏器产生任何影响。<br> 5.通过不同方法对MC3T3-E1细胞在材料表面的ALP表达进行检测,结果表明与对照组比较,载银组各组样品对早期成骨无抑制作用。
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